怎樣從實際場景上理解粒子濾波(Particle Filter)?

時間 2021-05-06 09:11:34

1樓:雨行

以飛機定位為例子,沒有任何公式,絕對看的懂。

個人感覺還是結合蒙特卡洛取樣和貝葉斯估計

2樓:

如果從專案角度出發的話, 這邊GitHub上有乙個很簡單的Particle Filter機械人定位專案可以幫助理解

leimao/Particle_Filter

3樓:子璇

雖然我的回答可能有點不切題,但我覺得很多人對粒子濾波的不理解並不是無法聯絡實際,而且即使給出了實際例子也是一知半解。所以我還是從理論框架上來解釋,但不會寫公式。一句話總結:

狹義上的粒子濾波是在鏈狀因子圖(factor graph)上的BP型粒子式序貫貝葉斯推斷。

一般來說,乙個貝葉斯推斷問題經常能表示為因子圖的形式,而因子圖可以具有很一般的形式:鏈狀(如單使用者導航)、樹狀(如快速傅利葉變換)、網狀(如網路定位與導航)。

在因子圖上有很多分布式貝葉斯推斷演算法,這些演算法經常被形象地稱為「訊息傳遞」。一般而言貝葉斯推斷(無論是MAP還是MMSE型別的)是NP-hard問題,因此一般的因子圖(帶環的)上的訊息傳遞演算法都是包含近似的。

一種很強大的近似框架稱為「變分推斷」(variational inference),基本上就是先定義乙個分布間的差異(如相對熵,以及其他的散度),然後約束近似分布所屬的集合,通過最小化上述差異函式把真實分布投影到這個集合中。在變分推斷框架下的訊息傳遞演算法包括「置信傳播」(Belief Propagtion, BP)型和「變分訊息傳遞」(Variational Message Passing)型等等。狹義的粒子濾波一般都是BP型的,但VMP型的其實也存在,如果讀者做過多目標追蹤的話可以考慮一下這句話:

PHD濾波器實際上是對點過程的一種VMP型近似。

訊息傳遞演算法的另外乙個關鍵問題是所謂「訊息表示」問題,就是用什麼形式來表示傳遞的訊息(基本上可以看作是pdf)。通常這些pdf都很複雜不具有閉式形式(Kalman是極特殊的線性高斯形式,於是有閉式),難以用引數化形式表示。解決方法有二:

近似為引數化形式(如擴充套件Kalman),或者用半引數化和非引數化方法(如CKF、UKF)。粒子表示法屬於一種非引數化方法。

訊息表示問題的關鍵在於,如何使用所選的表示方法來實現訊息傳遞過程中的運算。BP型演算法中包括三種運算:1.

同變數的訊息相乘;2. 變數的Belief和因子相乘;3. 積分(邊緣化)。

用粒子來實現的話,3最簡單:把粒子中對應的維度刪去即可。2可採用ancestral sampling,即先在變數的Belief裡取樣,然後固定這個樣本在因子中取樣。

1比較複雜,方法也很多,其中最常見的就是取樣-重要性-重取樣。

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